CN107208380A - 包含南方软木的柔软薄纸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含南方软木纤维并且更具体地讲低粗度南方软木纤维的柔软、耐用的薄纸产品。本发明的薄纸产品一般包含极少的北方软木牛皮纸纤维或不含北方软木牛皮纸纤维，但仍具有可相媲美的或更佳的薄纸产品性质，诸如小于约50dB V2 rms的TS750值(薄纸柔软度的量度)和大于约13的CD撕裂指数(薄纸耐用性的量度)。

Description

包含南方软木的柔软薄纸
背景技术
设计薄纸产品(诸如面巾纸、纸巾、卫生纸、餐巾纸和其他类似产品)时，时刻记住其具备若干种重要性质。例如，产品应当具有良好的堆积体积、柔软的手感，而且应当强韧耐用。然而，遗憾的是，在采取步骤以提高产品的一种性质时，经常导致其他性质受到不良影响。
为了实现最佳的产品性质，通常至少部分地由含有木纤维且时常为硬木纤维与软木纤维的共混物的纸浆形成薄纸产品，以实现期望的性质。通常在试图优化表面柔软度时，对于薄纸产品这是常有的情况，造纸厂将部分地基于纸浆纤维的粗度来选择纤维配料。具有低粗度纤维的纸浆是期望的，原因在于由具有低粗度的纤维制成的薄纸可能比由具有高粗度的纤维制成的类似薄纸更柔软。为了甚至进一步优化表面柔软度，优质薄纸产品经常包含分层结构，其中低粗度纤维朝向薄纸片的外层，而薄纸片的内层包含较长、较粗的纤维。
遗憾的是，对柔软度的需求要与对耐用性的需求达成平衡。薄纸产品的耐用性可依据拉伸强度、拉伸能量吸收(TEA)、破裂强度和撕裂强度等项来限定。通常，撕裂强度、破裂强度和TEA将显示出与拉伸强度正相关，而拉伸强度(从而耐用性)与柔软度逆相关。因此，造纸厂不断努力应对该需求的挑战，以平衡对柔软度的需求与对耐用性的需求。遗憾的是，薄纸的耐用性一般随着纤维长度的缩短而降低。因此，单纯地缩短纸浆纤维长度可导致产品表面柔软度与产品耐用性之间出现不期望的折衷。
除耐用性之外，长纤维还在薄纸产品的总体柔软度方面发挥着重要作用。虽然薄纸产品的表面柔软度是重要属性，但薄纸片总体柔软度的第二要素为挺度。挺度可由应力-应变拉伸曲线的拉伸斜率来衡量。斜率越小，挺度就越小，产品将显现的总体柔软度也就越佳。挺度与拉伸强度正相关，但在给定的拉伸强度下，较短的纤维将显现比长纤维更大的挺度。虽然不愿受到理论的束缚，但据信这种行为归因于需要更大数目的氢键，才能使用短纤维而非长纤维生产具有给定拉伸强度的产品。所以，容易塌陷的低粗度长纤维，诸如由北方软木牛皮纸(NSWK)纤维提供的那些，在结合硬木牛皮纸纤维(诸如桉树硬木牛皮纸纤维(EHWK))使用时，通常提供薄纸产品的耐用性与柔软度的最佳组合。虽然NSWK纤维具有比EHWK纤维更高的粗度，但由于相对管腔直径加上其较长的长度，其细胞壁厚度小，使其成为优化薄纸的耐用性与柔软度的理想候选材料。
遗憾的是，供给NSWK不但在经济上而且在环保上面临着巨大压力。因此，NSWK的价格飙升，于是产生了这样的需求，即寻找替代材料来优化薄纸产品的柔软度和强度。但替代材料仍然受到限制。例如，南方软木牛皮纸(SSWK)可能只以有限量用于制造薄纸产品，原因在于其粗度高，导致相比NSWK，产品更硬挺、手感更粗糙。所以，迄今为止SSWK尚未广泛用于制造必须既柔软又强韧的优质薄纸产品。
因此，需要的是具有相对低的粗度、可用于制造既柔软又强韧的薄纸产品的长纤维。
发明内容
本发明人已惊讶地发现，使用包含南方软木(SSW)纤维并且更具体地讲低粗度南方软木(低粗度SSW)纤维，且还更优选地低粗度南方软木牛皮纸(低粗度SSWK)纤维的纤维配料，可生产既柔软又强韧的薄纸产品。本发明的薄纸产品具有可与使用常规软木纤维(诸如北方软木牛皮纸(NSWK)纤维)生产的薄纸产品相媲美或更佳的性质。因此，在某些优选实施例中，SSW纤维可替换薄纸产品中至少约50％的NSWK，更优选地至少约75％、还更优选地全部NSWK，而不对薄纸产品的柔软度和耐用性造成负面影响。
因此，在某些实施例中，薄纸产品可包含多层薄纸网，其中所述层中的一个或多个包含低粗度SSW纤维和NSWK纤维和/或常规SSWK纤维。将低粗度SSW纤维与NSWK纤维和/或常规SSWK纤维共混，可改善薄纸产品的物理性质，诸如提高柔软度和耐用性，同时降低制造成本。所以，在某些实施例中，本发明提供一种薄纸产品，该产品包含按产品重量计约5％至约30％的低粗度SSW纤维和按产品重量计约5％至约30％的常规SSW纤维。低粗度SSW纤维与常规SSW纤维的共混物可选择性地掺入多层产品的非皮肤接触层，诸如三层薄纸产品的中间层。此外，低粗度SSW纤维与常规SSW纤维的共混物可替换薄纸产品中基本上全部NSWK，同时改善产品性质，诸如改善耐用性并提升柔软度。
在其他实施例中，本发明提供一种薄纸产品，其既柔软(诸如具有小于约50dB V2rms、更优选地小于约48dB V2 rms(诸如约40dB V2 rms至约50dB V2 rms)的TS750值的薄纸产品)又耐用(诸如具有大于约13、更优选地大于约14(诸如约13至约15)的CD撕裂指数的薄纸产品)。
在另一个实施例中，本发明提供一种薄纸产品，其具有大于约13的CD撕裂指数、大于约7.5的破裂指数、大于约6.5的CD TEA指数，以及约42dB V2 rms至约50dB V2 rms的TS750值。
在另外其他实施例中，本发明提供一种薄纸产品，其具有约700克/3英寸至约1200克/3英寸、更优选地约700克/3英寸至约1000克/3英寸、还更优选地约750克/3英寸至约900克/3英寸的GMT，大于约28(诸如约28至约45)的耐用性指数，以及小于约50dB V2 rms的TS750值。
在又一个实施例中，本发明提供一种薄纸产品，其包含按产品重量计至少约5％(诸如约5％至约30％)的低粗度SSWK纤维，该薄纸产品具有约700克/3英寸至约1200克/3英寸的GMT、大于约30(诸如约30至约45)的耐用性指数，以及小于约50dB V2 rms的TS750值。
定义
如本文所用，术语“纤维长度”是指利用可得自Kajaani Oy Electronics(Kajaani，Finland)的Kajaani Fs-100型纤维分析仪测定的长度加权平均纤维长度。根据测试程序，用浸渍液处理纸浆样品，以确保不存在纤维束或碎片。将每份纸浆样品置于热水中使其解体，并稀释成约0.001％的溶液。使用标准的Kajaani纤维分析测试程序测试时，从该稀释溶液中各自汲取每份约50ml至100ml的测试样品。加权平均纤维长度可由以下公式表示：
其中k＝最大纤维长度
xi＝纤维长度
ni＝具有长度xi的纤维的数目
n＝受测纤维的总数目。
如本文所用，术语“粗度”是指使用合适的纤维粗度测量装置(诸如上文提到的Kajaani FS-200分析仪)测得的每单位未加权纤维长度的纤维质量，以每100米未加权纤维长度的毫克数(mg/100m)为单位报告。纸浆的粗度为取自该纸浆的三个纤维样本的三个粗度测量值的平均值。分析仪测量粗度的操作类似于上文所述的测量纤维长度的操作。
如本文所用，术语“基重”一般是指薄纸每单位面积的无水干重并且一般以克/平方米(gsm)表示。使用TAPPI测试方法T220测量基重。
如本文所用，术语“破裂指数”是指相对几何平均拉伸强度(通常以克/3英寸为单位)下的干破裂峰值负荷(通常以克为单位)，由以下公式限定：
虽然破裂指数可能各异，但根据本公开制备的薄纸产品一般具有大于约7.5、更优选地大于约8.0、还更优选地大于约8.5(诸如约7.5至约10.0)的破裂指数。
如本文所用，术语“纸厚”是根据TAPPI测试方法T402使用EMVECO 200-AMicrogage自动化测微计(EMVECO，Inc.，Newberg，OR)测定的单片的代表性厚度(包括两个或更多个层片的薄纸产品的纸厚是包括所有层片的单片薄纸产品的厚度)。测微计具有2.22英寸(56.4mm)的砧直径和132克每平方英寸(每6.45平方厘米)(2.0kPa)的砧压力。
如本文所用，术语“CD TEA指数”是指相对几何平均拉伸强度(通常以克/3英寸为单位)下的CD拉伸能量吸收(通常以g·cm/cm2为单位)，由以下公式限定：
虽然CD TEA指数可能各异，但根据本公开制备的薄纸产品一般具有大于约6.0、更优选地大于约6.5、还更优选地大于约7.0(诸如约6.0至约8.0)的CD TEA指数。
如本文所用，术语“耐用性指数”是指CD撕裂指数、破裂指数与CD TEA指数之和，且为产品在给定拉伸强度下的耐用性的指示。耐用性指数由以下公式限定：
耐用性指数＝CD撕裂指数+破裂指数+CD TEA指数
虽然耐用性指数可能各异，但根据本公开制备的薄纸产品一般具有约28或以上、更优选地约32或以上、还更优选地约35或以上(诸如约28至约48)的耐用性指数。
如本文所用，术语“几何平均拉伸”和“GMT”是指薄纸产品的纵向拉伸强度与横向拉伸强度的乘积的平方根。虽然GMT可能各异，但根据本公开制备的薄纸产品一般具有大于约700克/3英寸、更优选地大于约750克/3英寸、还更优选地大于约800克/3英寸(诸如约700克/3英寸至约1200克/3英寸)的GMT。
如本文所用，术语“层”是指一个层片内的多个纤维分层、化学处理分层等。
如本文所用，术语“分层薄纸网”、“多层薄纸网”、“多层网”和“多层纸片”一般是指由两层或更多层水性造纸配料制备的纸片，所述配料优选地包含不同纤维类型。这些层优选地在一个或多个环状多孔筛网上，由分离的稀纤维浆料流沉积而成。如果各个层最初在分离的多孔筛网上形成，则随后将各层(趁湿)组合形成分层的复合网。
术语“层片”是指分立的产品元件。各个层片可彼此并排排列。该术语可以指诸如多层片面巾纸、卫生纸、纸巾、擦拭物或餐巾纸中的多个网状部件。
如本文所用，术语“斜率”是指通过将张力对拉伸作图得到的线的斜率并且是MTSTestWorksTM在如在本文的测试方法章节中所述确定张力强度的过程中的输出。斜率以克(g)每单位样品宽度(英寸)为单位报告，并以拟合到落在70克与157克(0.687N至1.540N)的样本生成力之间的负荷校正应变点的最小平方线的梯度除以样本宽度衡量。斜率在本文中一般以克(g)为单位报告。
如本文所用，术语“几何平均斜率”(GM斜率)一般是指纵向斜率与横向斜率的乘积的平方根。GM斜率一般以千克(kg)为单位表示。
如本文所用，术语“低粗度南方软木”(低粗度SSW)是指来源于松属(Pinus)亚属中的松树的纤维，所述松树包括例如火炬松(P.taeda)、湿地松(P.elliotti)、长叶松(P.palustris)、辛松(P.pungens)、刚松(P.rigida)、晚松(P.serotina)、加州沼松(P.muricata)和辐射松(P.radiate)，该纤维具有小于约21mg/100m(诸如约16mg/100m至约21mg/100m)、更优选地约17mg/100m至约20.5mg/100m的粗度，以及约2.0mm至约3.0mm、更优选地约2.2mm至约2.7mm的纤维长度。
如本文所用，术语“挺度指数”是指GM斜率(通常以千克为单位)除以GMT(通常以克/3英寸为单位)。
虽然挺度指数可能各异，但根据本公开制备的薄纸产品一般具有小于约10.0、更优选地小于约9.0、还更优选地小于约8.0(诸如约6.0至约10.0)的挺度指数。
如本文所用，术语“撕裂指数”是指相对几何平均拉伸强度(通常以克/3英寸为单位)下的CD撕裂强度(通常以克表示)，由以下公式限定：
虽然CD撕裂指数可能各异，但根据本公开制备的薄纸产品一般具有大于约13.0、更优选地大于约14.0、还更优选地大于约15.0(诸如约13.0至约18.0)的CD撕裂指数。
如本文所用，术语“纸片堆积体积”是指纸厚(一般以μm为单位)除以无水干基重(一般以gsm为单位)的商。所得纸片堆积体积以立方厘米/克(cc/g)表示。根据本发明制备的薄纸产品一般具有大于约8cc/g、更优选地大于约10cc/g、还更优选地大于约12cc/g(诸如约8cc/g至约20cc/g、更优选地约12cc/g至约18cc/g)的纸片堆积体积。
如本文所用，术语“TS750”和“TS750值”如测试方法章节中描述，是指EMTEC薄纸柔软度分析仪(可从Emtec Electronic GmbH(Leipzig，Germany)商购获得)的输出。TS750以dB V2 rms为单位，但本文在指涉TS750时可能不提及单位。
如本文所用，“薄纸产品”一般是指各种纸产品，诸如面巾纸、卫生纸、纸巾、餐巾纸等。一般来说，本发明的薄纸产品的基重小于约80克/平方米(gsm)，在一些实施例中小于约60gsm，在一些实施例中为约10gsm至约60gsm、更优选地为约20gsm至约50gsm。
具体实施方式
一般来讲，本公开涉及包含南方软木(SSW)纤维、更优选地低粗度SSW纤维的薄纸产品。用于制造本发明的薄纸产品的SSW纤维可替换长纤维长度纤维的一部分，在某些实施例中替换全部长纤维长度纤维，诸如北方软木牛皮纸(NSWK)纤维，而不会显著地削弱薄纸的重要物理性质诸如耐用性、强度和柔软度。例如，在某些实施例中，本发明的薄纸产品包含低粗度SSW纤维和按该薄纸产品的重量计少于约5％的NSWK，但相对于包含20％NSWK的可比薄纸产品，仍具有改善的耐用性和柔软度。甚至更令人惊讶的是，在某些实施例中，NSWK可完全被低粗度SSWK纤维替换，而且薄纸产品的性质可得到改善。
用SSW替换大量NSWK、在某些实施例中替换全部NSWK还能够维持或改善薄纸产品的性质令人惊讶，是因为SSW具有高粗度，一直以来都不适合用于制造优质薄纸产品。然而，现已发现粗度降低的SSW可用于制造柔软强韧的薄纸产品。该发现尤其令人惊讶，是因为与常规SSWK相比，纤维粗度仅适度降低，诸如不足约10％。虽然低粗度SSW纤维的粗度相对于常规SSWK降低，但仍大于NSWK，在下表1中可以看出这一点。
表1
虽然低粗度SSW纤维的粗度比NSWK纤维高，但前者可替换薄纸产品内的NSWK纤维而不会削弱重要的物理性质，诸如耐用性、强度和柔软度。甚至更令人惊讶的是，在某些实施例中，用低粗度SSW纤维取代NSWK纤维实际上可提高柔软度(以TS750衡量)，同时也改善耐用性(以耐用性指数衡量)。
本发明薄纸产品的改良性质在表2中进一步说明，表中比较了各种物理性质相对于包含NSWK的可比薄纸产品的变化。表2所示的全部薄纸皆为单层片产品，这些产品具有约36gsm的基重、约700克/3英寸的GMT，以及基于薄纸产品的总重量约34％的软木含量。虽然常规SSWK(SSWK)相对于NSWK改善了耐用性，却给柔软度带来了显著负面影响。令人惊讶的是，低粗度SSW(LC SSWK)对耐用性的改善甚至优于常规SSWK，同时也改善了柔软度(TS750值较低，指示薄纸较柔软)。
表2
因此，在某些实施例中，本公开提供一种薄纸产品，其具有小于约50dB V2 rms的TS750值和大于约25的耐用性指数，更优选地大于约28的耐用性指数，还更优选地大于约30的耐用性指数，诸如约30至约35的耐用性指数。
在一个尤其优选的实施例中，薄纸产品包含通风干燥网，该通风干燥网包含按网的重量计少于约5％的NSWK，该薄纸产品具有约40dB V2 rms至约50dB V2 rms的TS750值和约30至约45的耐用性指数。在另外其他实施例中，本发明提供一种包含通风干燥网的薄纸产品，该通风干燥网具有按网的重量计约10％至约40％的SSW纤维，该薄纸产品具有约40dBV2 rms至约50dB V2rms的TS750值和约30至约45的耐用性指数。
在一个尤其优选的实施例中，薄纸产品包含多层通风干燥网，其中低粗度SSW纤维选择性地仅设置在一个所述层内，使得低粗度SSW纤维在使用中不与使用者皮肤发生接触。例如，在一个实施例中，薄纸网可包含两层网，其中第一层实质上由硬木牛皮纸浆纤维组成且基本上不含低粗度SSWK，第二层包含低粗度SSW，其中该低粗度SSWK至少占第二层的约50重量％，诸如第二层的约50重量％至约100重量％。应当理解，在提及某个层基本上不含低粗度SSW纤维时，其中可能存在量微不足道的纤维，但这种少量的纤维时常来自施用于相邻层的低粗度SSW纤维，通常基本上不影响所述网的柔软度或其他物理特性。
薄纸网可掺入可包括单个层片或多个层片的薄纸产品中，其中的一个或多个层片可由多层薄纸网形成，该多层薄纸网具有选择性地掺入其中一个层的低粗度SSW纤维。在一个实施例中，薄纸产品以低粗度SSW纤维在使用中不与使用者皮肤发生接触的方式构造。例如，薄纸产品可包含两个多层通风干燥网，其中每个网都包含基本上不含低粗度SSW纤维的第一纤维层和包含低粗度SSW纤维的第二纤维层。这些网层合在一起，使得薄纸产品的外表面由每个网的第一纤维层形成，而包含低粗度SSW纤维的第二纤维层在使用中不与使用者皮肤发生接触。
一般来说，可用于本发明的低粗度SSW纤维来源于松属亚属中的松树。松属亚属内的合适物种包括例如火炬松、湿地松、长叶松、辛松、刚松、晚松、加州沼松和辐射松。尤其优选的是火炬松、湿地松和长叶松。另外，应当理解，本文所公开的组成物并不局限于包含任何一个物种的低粗度SSW纤维，而是可包含来源于两个或更多个物种的低粗度SSW纤维的共混物，诸如来源于火炬松、湿地松和长叶松的纤维的共混物。
在某些实施例中，低粗度SSW纤维来源于松属亚属内的松树，这些松树的树龄小于约14年，更优选地小于约12年，还更优选地小于约10年，诸如约8年至约12年。一般来说，松属亚属内树龄小于14年的松树包含大百分比的中心木质部，因而相对于更成熟的松树具有粗度较低的纤维。在其他实施例中，低粗度SSW纤维来源于树木的芯材部分，即树木中包含从树心算起头10至12个生长层的那部分。芯材的制备方式可为选择性地除去树木的外部，诸如取出芯材、或选择树木的顶部(其从树心至树皮一般包含少于约10至12个生长层)。
一旦确定适当的纤维来源，就可由本领域已知的任一种适当方法生产合适的低粗度SSW纤维。在一个实施例中，低粗度SSW纤维由众所周知的化学制浆法(诸如牛皮纸制浆法、亚硫酸盐制浆法或蒽醌苏打制浆法)生产。在一个优选实施例中，低粗度SSW纤维由牛皮纸制浆法生产，其具有大于约2.2mm、更优选地大于约2.4mm(诸如约2.2mm至约2.8mm)的纤维长度。另外，前述纤维优选地具有小于约21mg/100m，诸如约16mg/100m至约21mg/100m、更优选地约17mg/100m至约20.5mg/100m、还更优选地约18mg/100m至约19.5mg/100m的粗度。
在一个尤其优选的实施例中，低粗度SSW纤维在薄纸网中用作高纤维长度木纤维(诸如软木纤维，更具体地NSWK)的替代物。在一个具体实施例中，用低粗度SSW纤维替代NSWK，使得NSWK的总量按薄纸产品的重量计少于约10％，更优选地少于约5％。在其他实施例中，可能期望用低粗度SSW纤维替换全部NSWK，使得薄纸产品基本上不含NSWK。在其他实施例中，可将低粗度SSW纤维与常规SSW纤维共混，并且可用共混的SSW纤维替代NSWK，使得NSWK的总量按薄纸产品的重量计少于约10％，更优选地少于约5％。低粗度SSW纤维与常规SSW纤维的共混物可使得薄纸产品包含按薄纸产品的重量计约5％至约30％的低粗度SSW纤维和约5％至约30％的常规SSW纤维。
如果需要，可向多层薄纸网的一个或多个层施用各种化学组合物，以进一步提升柔软度并/或减少起毛或塌陷。例如，在一些实施例中，可利用湿强度剂以进一步提高薄纸产品的强度。如本文所用，“湿强度剂”是在添加到纸浆纤维中时，能使所得的网或片的湿几何拉伸强度对干几何拉伸强度的比率超过约0.1的任何材料。这些材料通常被命名为“持久性”湿强度剂或“暂时性”湿强度剂。如本领域所熟知，暂时性湿强度剂和持久性湿强度剂有时也可充当干强度剂，用来提高薄纸产品干燥时的强度。
湿强度剂可以各种量施用，具体取决于期望的网特性。例如，在一些实施例中，每吨纤维材料干重添加湿强度剂的总量可介于约11b至约601b之间，在一些实施例中介于约51b至约301b之间，在一些实施例中介于约71b至约131b之间。湿强度剂可掺入多层薄纸网的任一层中。
还可施用化学剥离剂将网软化。具体地讲，化学剥离剂可减少网的一个或多个层内的氢键的数量，从而得到更柔软的产品。取决于所得薄纸产品的期望特性，可以各种不同量运用剥离剂。例如，在一些实施例中，每吨纤维材料干重施用剥离剂的量可介于约11b至约301b之间，在一些实施例中介于约31b至约201b之间，在一些实施例中介于约61b至约151b之间。剥离剂可掺入多层薄纸网的任一层中。
在某些实施例中，剥离剂可具有阳离子电荷，用来与纸浆上存在的阴离子基团形成静电键。合适的阳离子性剥离剂的一些例子可包括但不限于季铵化合物、咪唑啉鎓化合物、双-咪唑啉鎓化合物、二季铵化合物、聚季铵化合物、酯官能季铵化合物(例如，季铵化脂肪酸三烷醇胺酯盐)、磷脂衍生物、聚二甲基硅氧烷及相关的阳离子性和非离子性有机硅化合物、脂肪酸衍生物和羧酸衍生物、单糖衍生物和多糖衍生物、多羟基烃类等等。例如，一些合适的剥离剂描述于美国专利号5,716,498、5,730,839、6,211,139、5,543,067和WO/0021918中，所有这些专利均以符合本公开的方式并入本文中。
可用于形成本发明的薄纸产品的薄纸网一般可由本领域已知的多种造纸工艺中的任一种制成。例如，本公开的造纸工艺可利用粘合起绉、湿式起绉、双起绉、压花、湿压、空气加压、空气穿透干燥、起绉空气穿透干燥、不起绉空气穿透干燥以及形成纸幅的其他步骤。可用于制成根据本发明的薄纸网的造纸工艺与技术的例子包括例如美国专利号5,048,589、5,399,412、5,129,988和5,494,554中公开的那些，所有这些专利均以符合本公开的方式并入本文中。在一个实施例中，薄纸网经由通风干燥形成，并且可为起绉的或不起绉的。形成多层片薄纸产品时，分开的层片可根据需要由相同工艺或由不同工艺制成。
测试方法
TS750
TS750使用EMTEC薄纸柔软度分析仪(“TSA”)(Emtec Electronic GmbH，Leipzig，Germany)测量。TSA包括具有垂直叶片的转子，这些叶片在测试件上旋转，由此施加限定的接触压力。垂直叶片与测试件之间的接触产生振动，振动由振动传感器感测。然后，传感器向个人计算机(PC)传输信号，供处理与显示。信号以频谱显示。为测量TS7值和TS750值，叶片以100mN的负荷压贴在样品上，并且叶片的转速为每秒两转。
为测量TS750，在约200Hz至1000Hz的范围内执行频率分析，将750Hz处出现的波峰的振幅记录为TS750值。TS750值表示样品的表面光滑度。高振幅波峰与较粗糙表面相关联。TS750值以dB V2 rms为单位。
测试样品通过切割直径为112.8mm的圆形样品来制备。在完成TSA测试之前，让全部样品在TAPPI标准温度和湿度条件下平衡至少24小时。只测试薄纸中的一个层片。将多层片样品分离成各个层片用于测试。把样品置于TSA内，使样品较柔软(较干燥或Yankee)的一侧朝上。固定样品，经由PC开始测量。PC根据标准TSA方案记录、处理和储存全部数据。报告值为五次重复测试的平均值，每次测试都使用新样品。
纸片堆积体积
纸片堆积体积以干纸片厚度(μm)除以基重(gsm)的商来计算。干纸片厚度为根据TAPPI测试方法T402和T411 om-89测量的单个薄纸片的厚度的测量值。用来实施T411 om-89的测微计为Emveco 200-A薄纸厚度测试仪(Emveco，Inc.，Newberg，OR)。该测微计的负荷为2千帕斯卡，压脚面积为2500平方毫米，压脚直径为56.42毫米，停留时间为3秒，降低速率为0.8毫米每秒。
撕裂
撕裂测试使用落锤仪器(诸如Lorentzen&Wettre SE 009型)，根据TAPPI测试方法T414“纸的内部耐撕裂性(Internal Tearing Resistance of Paper)(埃尔门多夫(Elmendorf)型方法)”进行。撕裂强度具有方向性，独立地测量MD撕裂和CD撕裂。
更具体地讲，从薄纸产品或薄纸基片切割出待测试样品的矩形测试样本，使得该测试样本在待测试的一个方向(诸如MD方向或CD方向)上测得为63mm±0.15mm(2.5英寸±0.006英寸)，而在另一个方向上介于73毫米与114毫米(2.9英寸与4.6英寸)之间。样本边缘必须切割成与测试方向平行和垂直(不歪斜)。能够以规定的精度和准确度切割的任一种合适的切割装置皆可使用。测试样本应当取自样品的下述区域：这些区域不含折叠、皱褶、卷曲线、穿孔或将使测试样本相对于材料的其余部分异常的任何其他畸变。
要测试的层片或片的数目根据使测试结果落入撕裂测试仪的线性范围标度尺的20％至80％之间、更优选地落入撕裂测试仪的线性范围标度尺的20％至60％之间需要的层片或片的数目来定。样品优选地应从距将由其切割样本的材料的边缘不少于6mm(0.25英寸)的位置切割。如果要求测试多于一个片或层片，则将各片放置为面朝同一方向。
然后把测试样本置于落锤设备的夹钳之间，让样本的边缘与夹钳的前边缘对齐。闭合夹钳，通常利用附接到仪器的切割刀片在样本前缘切出20毫米的狭缝。例如，在Lorentzen&Wettre SE 009型上，通过向下推动切割刀片杠杆直到其到达其止动件，而产生所述狭缝。狭缝应当干净，无撕裂和缺口，原因在于该狭缝将在后续测试期间用来发起撕裂。
释放摆锤，记录撕裂值，该撕裂值为完全撕裂测试样本需要的力。针对每个样品重复测试共十次，将十个读数的平均值报告为撕裂强度。撕裂强度以克力(gf)为单位报告。平均撕裂值为测试方向(MD或CD)上的撕裂强度。“几何平均撕裂强度”为平均MD撕裂强度与平均CD撕裂强度的乘积的平方根。Lorentzen&Wettre SE 009型具有待测试层片数目这样的设定。一些测试仪可能需要将报告的撕裂强度乘以某个因子，来给出每个层片的撕裂强度。就旨在成为多层片产品的基片来说，撕裂结果被报告为多层片产品的撕裂，而非单层片基片的撕裂。这通过将单层片基片的撕裂值乘以成品内层片的数目来实现。与此类似，多层片成品的撕裂数据以片成品的撕裂强度而非各单独层片的撕裂强度呈现。可采用多种手段来计算撕裂，但一般将通过把待测试的片的数目而非待测试的层片的数目输入测量装置来完成计算。例如，两个片对于1层片式产品来说为两个1层片式片，对于2层片式产品来说为两个2层片式片(4个层片)。
拉伸
拉伸测试根据TAPPI测试方法T576“纸巾产品和薄纸产品的拉伸性质(Tensileproperties of towel and tissue products)(使用恒定伸长率)”完成，其中该测试在维持恒定伸长率的拉伸测试机上进行，每个受测样本的宽度为3英寸。更具体地讲，通过使用JDC精确样品切割器(Thwing-Albert Instrument Company，Philadelphia，PA，型号JDC 3-10，序列号37333)或等同设备，以纵向(MD)或横向(CD)取向切割3±0.05英寸(76.2±1.3mm)宽的条带，来制备用于干拉伸强度测试的样品。用于测量拉伸强度的仪器是MTSSystems Sintech 11S，其序列号为6233。数据采集软件为在Windows 3.10版(MTS SystemsCorp.，Research Triangle Park，NC)上运行的MTS根据所测试样品的强度，选择最大值为50牛顿或100牛顿的测力计，使得峰值负荷值的大部分落在该测力计的全刻度值的10％与90％之间。钳口间的标距针对面巾纸和纸巾为4±0.04英寸(101.6±1mm)，针对卫生纸为2±0.02英寸(50.8±0.5mm)。夹头速度为10±0.4英寸/分钟(254±1mm/min)，断裂灵敏度被设定在65％。将样品置于仪器的钳口中，在竖直和水平方向上均居中。接着开始测试，一旦样本断裂即结束。根据所测试样品的方向，将峰值负荷记录为样本的“MD拉伸强度”或“CD拉伸强度”。针对每个产品或片测试十个代表性样本，并且以每3英寸样品的克力为单位，记录全部个别测试样本的算术平均值，作为产品或片的适当的MD拉伸强度或CD拉伸强度。计算几何平均拉伸(GMT)强度，并且以每3英寸样品宽度的克力来表示。还由拉伸测试仪计算拉伸能量吸收(TEA)和斜率。TEA以g·cm/cm2为单位报告。斜率以kg为单位记录。TEA和斜率都受方向制约，因而独立地测量MD方向和CD方向。几何平均TEA和几何平均斜率被定义为针对给定性质的代表性MD值与代表性CD值的乘积的平方根。
以多层片产品的形式测试多层片产品，结果代表总产品的拉伸强度。例如，以2层片式产品的形式测试2层片式产品，以此记录拉伸数据。以两个层片的形式测试旨在用于2层片式产品的基片，以此记录拉伸数据。另选地，可测试单个层片，将结果乘以成品内的层片的数目，而获得拉伸强度。
破裂强度
本文中的破裂强度为纤维结构在经受与纤维结构平面正交的变形时，吸收能量的能力的量度。破裂强度一般可根据ASTM D-6548来测量，不过是在具有以计算机为基础的数据采集和帧控制***的恒定延伸率(MTS Systems Corporation，Eden Prairie，MN)拉伸测试仪上完成测试，其中测力计定位在样本夹钳上方，使得穿透构件下降到测试样本中造成样本破裂。测力计与样本的布置方式与ASTM D-6548的图1所示的相反。穿透组件由具有1.588±0.005cm直径的半球形阳极化铝穿透构件附连到具有球端承窝的可调节杆而组成。测试样本固定在样本夹钳内，该夹钳由上部和下部的铝制同心环组成，测试期间样品借助机械夹持被坚固地固定在这两个同心环之间。样本夹持环具有8.89±0.03cm的内径。
拉伸测试仪按下述设置：夹头速度为15.2cm/min，探头分开距离为104mm，断裂灵敏度为60％，松弛补偿为10gf，并且仪器根据制造商的说明校准。
样品受到TAPPI条件制约，被切割成127×127平方毫米±5平方毫米。针对每次测试，将共计3个产品片加以组合。这些片以使得它们的纵向对齐的方式堆叠在彼此顶部。在样品包含多个层片的情况下，不将这些层片分离开进行测试。在每种情况下，测试样品都包含3个产品片。例如，若产品为2层片式薄纸产品，则测试3个产品片，共计6个层片。若产品为单层片薄纸产品，则测试3个产品片，共计3个层片。
在测试之前，必要时调节探头高度，调节方式为：将破裂夹具***拉伸测试仪底部，然后降低探头，直到探头定位在对齐板上方约12.7mm为止。然后调节探头的长度，直到探头下降时停靠在对齐板的凹进区域内为止。
建议使用下述测力计，其中峰值负荷结果的大部分落在该测力计量程的10％与90％之间。为了确定最适合进行测试的测力计，初步测试样品以确定峰值负荷。若峰值负荷小于450gf，则使用10牛顿测力计；若峰值负荷大于450gf，则使用50牛顿测力计。
一旦已设置好设备并选定测力计，就将样品***样本夹钳中并将测试样品夹持就位，由此对样品进行测试。然后启动测试序列，致使穿透组件以上文指定的速率和距离下降。当测试样本在穿透组件作用下破裂时，显示并记录测得的穿透力阻力。然后释放样本夹具，移出样品，让设备准备好进行下一个测试。
记录峰值负荷(gf)与至峰值的能量(g-em)，并针对剩余的全部样本重复执行所述过程。针对每个样品最少测试五个样本，将五次测试的峰值负荷平均值报告为干破裂强度。
不透明度
不透明度使用可得自Technidyne Corporation(New Albany，IND)的TECHNIBRITEMicro TB-1C测试仪器，根据制造商的说明测量，并且报告为ISO不透明度(％)。
实例
实例1
大体根据美国专利号5,607,551制作单层片未起绉通风干燥(UCTAD)薄纸网。薄纸网和所得的薄纸产品由各种纤维配料制成，所述纤维配料包括桉树硬木牛皮纸(EHWK)、NSWK、常规SSWK和低粗度SSWK。
EWHK配料的制备方式为：取约120磅(绝干基准)EHWK纸浆以约3％稠度分散于碎浆机中，历时30分钟。然后将纤维转移到成浆池，稀释至1％稠度。
NSWK配料的制备方式为：取约50磅(绝干基准)NSWK纸浆以约3％稠度分散于碎浆机中，历时30分钟。然后将纤维转移到成浆池，稀释至1％稠度。在某些情况下，向NSWK成浆池添加淀粉(Redibond 2038 A)，如表3所指示。NSWK未经精制。NSWK具有约2.25mm的长度加权纤维长度和约14.8mg/100m的纤维粗度。
常规SSWK配料的制备方式为：取约50磅(绝干基准)SSWK纸浆以约3％稠度分散于碎浆机中，历时30分钟。然后将纤维转移到成浆池，稀释至1％稠度。在某些情况下，向SSWK成浆池添加淀粉(Redibond 2038 A)，如表3所指示。在某些情况下，SSWK纸浆也经受精制，如表3所指示。常规SSWK具有约2.35mm的长度加权纤维长度和约21mg/100m的纤维粗度。
低粗度SSWK配料的制备方式为：取约50磅(绝干基准)低粗度SSWK纸浆以约3％稠度分散于碎浆机中，历时25分钟。然后将纤维转移到成浆池，稀释至1％稠度。在某些情况下，向低粗度SSWK成浆池添加淀粉(Redibond 2038 A)，如表3所指示。低粗度SSWK未经精制。低粗度SSWK具有约2.5mm的长度加权纤维长度和约19mg/100m的纤维粗度。
表3
原液在稀释至0.75％稠度之后被泵送到三层流浆箱，从而形成三层薄纸网。EHWK纤维被置于两个外层上，并且软木纤维(NSWK、常规SSWK或低粗度SSWK)被置于中间层内。这些层的相对重量百分比为33％/34％/33％。全部代号的目标基重为40gsm(原来的基重)。所形成的网未经压缩脱水，被急速地转移到以比所形成的织物慢约28％的速度行进的转移织物上。向通风干燥织物转移的转移真空度维持在约6英寸汞柱真空，以将成型控制到恒定水平。然后将网转移到穿透干燥织物，干燥后卷绕成母卷。接着将母卷转换成1层片式卫生纸卷。使用橡胶上设置钢的机构完成压延。转换过程中使用的橡胶辊具有40P&J的硬度。母卷被转换成约117mm直径，目标Kershaw坚牢度为约6mm，并且目标卷重为约400g。如下表4中所述制备样品。
表4
低粗度SSWK纤维对各种薄纸强度与耐用性质的影响汇总于下表中。
表5
表6
实例2
按照与实例1基本上类似的方式制备另外的一层片式UCTAD薄纸网与产品。在某些情况下，将配料的软木部分精制或向所述三层结构的中间层添加淀粉以控制强度，如表7所指示，其中表7示出了每种样品的配料情况。
表7
LC SSWK纤维对各种薄纸产品强度与耐用性质的影响汇总于下表中。
表8
表9
表10
实例3
大体根据美国专利号5,607,551制作一层片式和二层片式UCTAD薄纸网。薄纸网和所得的薄纸产品由各种纤维配料制成，所述纤维配料包括EHWK、NSWK和低粗度SSWK(“LCSSWK”)。NSWK具有约2.25mm的长度加权纤维长度和约14.8mg/100m的纤维粗度。LC SSWK具有约2.5mm的长度加权纤维长度和约19mg/100m的纤维粗度。在某些情况下，将配料的软木部分精制或向所述三层结构的中间层添加淀粉以控制强度，如表11所指示，其中表7示出了每种样品的配料情况。
表11
原液在稀释至0.75％稠度之后被泵送到三层流浆箱，从而形成三层薄纸网。EHWK纤维被置于两个外层上，并且软木纤维(NSWK或低粗度SSWK)被置于中间层内。这些层的相对重量百分比为33％(空气层)/34％(中间层)/33％(织物层)。一层片式样品的基片基重为约40gsm，二层片式样品的基片基重为约42gsm。所形成的网未经压缩脱水，被急速地转移到以比所形成的织物慢约28％的速度行进的转移织物上。向通风干燥织物转移的转移真空度维持在约6英寸汞柱真空，以将成型控制到恒定水平。然后将网转移到穿透干燥织物，干燥后卷绕成母卷。接着将母卷转换成一层片式或二层片式卫生纸卷。使用橡胶上设置钢的机构完成压延。转换过程中使用的橡胶辊具有40P&J的硬度。母卷被转换成约117mm直径，目标Kershaw坚牢度为约6mm，并且目标卷重为约400g。
LC SSWK纤维对各种薄纸产品强度与耐用性质的影响汇总于下表中。
表12
表13
表14
虽然已就薄纸网和包含薄纸网的薄纸产品的具体实施例详细描述了薄纸网和所述薄纸产品，但应当理解，本领域技术人员在获得对前述内容的理解后可以容易地设想出这些实施例的替代形式、变型形式和等同方案。因此，本发明的范围应被评估为所附权利要求及其任何等同物以及前述实施例的范围：
在第一实施例中，本发明提供一种具有小于约50dB V2 rms的TS750值和大于约13的CD撕裂指数的薄纸产品。
在第二实施例中，本发明提供第一实施例的薄纸产品，其具有大于约7.5的破裂指数。
在第三实施例中，本发明提供第一实施例或第二实施例的薄纸产品，其具有大于约6.5的CD TEA指数。
在第四实施例中，本发明提供第一实施例至第三实施例中任一者的薄纸产品，其具有大于约45的耐用性指数。
在第五实施例中，本发明提供第一实施例至第四实施例中任一者的薄纸产品，其中TS750值为约40dB V2 rm至约45dB V2 rm。
在第六实施例中，本发明提供第一实施例至第五实施例中任一者的薄纸产品，其具有约700克/3英寸至约1200克/3英寸、更优选地约700克/3英寸至约1000克/3英寸、还更优选地约750克/3英寸至约900克/3英寸的GMT。
在第七实施例中，本发明提供第一实施例至第六实施例中任一者的薄纸产品，其包含按该薄纸产品的重量计至少约5％的南方软木牛皮纸纤维。
在第八实施例中，本发明提供第一实施例至第七实施例中任一者的薄纸产品，其包含具有小于约21mg/100m(诸如约17mg/100m至约21mg/100m)的粗度和大于约2.2mm的纤维长度的南方软木牛皮纸纤维。
在第九实施例中，本发明提供第一实施例至第八实施例中任一者的薄纸产品，其中该薄纸产品包含按该薄纸产品的重量计少于约5％的NSWK纤维。
在第十实施例中，本发明提供第一实施例至第九实施例中任一者的薄纸产品，其中该薄纸产品基本上不含NSWK纤维。
在第十一实施例中，本发明提供一种薄纸产品，其包含至少一个多层通风干燥薄纸网，该薄纸网包含第一层和第二层，该第二层包含低粗度SSWK纤维，该薄纸产品具有大于约28(诸如约28至约45、更优选地约30至约45)的耐用性指数，和小于约50dB V2 rms(诸如约40dB V2 rms至约50dB V2 rms、更优选地约44dB V2 rms至约47dB V2 rms)的TS750值。
在第十二实施例中，本发明提供一种多层片薄纸产品，其中至少一个层片包含SSWK纤维，该薄纸产品具有大于约40的耐用性指数，和小于约50dBV2 rms(诸如约40dB V2rms至约50dB V2 rms、更优选地约44dB V2 rms至约47dB V2 rms)的TS750值。
在第十三实施例中，本发明提供第十二实施例的多层片薄纸产品，其具有大于约10.0的破裂指数。
在第十四实施例中，本发明提供第十二实施例或第十三实施例的多层片薄纸产品，其具有大于约6.5的CD TEA指数。
在第十五实施例中，本发明提供第十一实施例至第十四实施例中任一者的多层片薄纸产品，其具有大于约45的耐用性指数。
在第十六实施例中，本发明提供第十一实施例至第十五实施例中任一者的多层片薄纸产品，其中TS750值为约40dB V2 rm至约45dB V2 rm。
在第十七实施例中，本发明提供第十一实施例至第十六实施例中任一者的多层片薄纸产品，其中该产品具有约700克/3英寸至约1200克/3英寸、更优选地约700克/3英寸至约1000克/3英寸、还更优选地约750克/3英寸至约900克/3英寸的GMT。
在第十八实施例中，本发明提供第十一实施例至第十七实施例中任一者的多层片薄纸产品，其中至少一个层片包含按该层片的重量计至少大于约5％的南方软木牛皮纸纤维，该纤维具有小于约21mg/100m(诸如约17mg/100m至约21mg/100m)的粗度，和大于约2.2mm的纤维长度。
在第十九实施例中，本发明提供第十一实施例至第十八实施例中任一者的多层片薄纸产品，其中该薄纸产品包含按该薄纸产品的重量计少于约5％的NSWK纤维。

Claims (20)

1.一种薄纸产品，其具有小于约50dB V2 rms的TS750值和大于约13的CD撕裂指数。
2.根据权利要求1所述的薄纸产品，其具有大于约7.5的破裂指数。
3.根据权利要求1所述的薄纸产品，其具有大于约6.5的CD TEA指数。
4.根据权利要求1所述的薄纸产品，其具有大于约28的耐用性指数。
5.根据权利要求1所述的薄纸产品，其中所述TS750值为约40dB V2 rms至约45dB V2rms。
6.根据权利要求1所述的薄纸产品，其具有约600克/3英寸至约1000克/3英寸的GMT。
7.根据权利要求1所述的薄纸产品，其包含按所述薄纸产品的重量计至少约5％的南方软木牛皮纸纤维。
8.根据权利要求7所述的薄纸产品，其中所述南方软木牛皮纸纤维具有小于约21mg/100m的粗度和大于约2.2mm的纤维长度。
9.根据权利要求1所述的薄纸产品，其中所述薄纸产品包含按所述薄纸产品的重量计少于约5％的NSWK纤维。
10.根据权利要求1所述的薄纸产品，其中所述薄纸产品基本上不含NSWK纤维。
11.一种薄纸产品，其包含至少一个多层通风干燥薄纸网，所述薄纸网包含第一层和第二层，所述第二层包含低粗度SSWK纤维，所述薄纸产品具有大于约28的耐用性指数和小于约50dB V2 rms的TS750值。
12.根据权利要求11所述的薄纸产品，其具有大于约13的CD撕裂指数。
13.根据权利要求11所述的薄纸产品，其具有大于约7.5的破裂指数。
14.根据权利要求11所述的薄纸产品，其具有大于约6.5的CD TEA指数。
15.根据权利要求11所述的薄纸产品，其中所述TS750值为约40dB V2 rms至约45dB V2rms。
16.根据权利要求11所述的薄纸产品，其具有约600克/3英寸至约1000克/3英寸的GMT。
17.根据权利要求11所述的薄纸产品，其中所述薄纸产品包含按所述薄纸产品的重量计约5％至约30％的低粗度SSWK纤维。
18.一种通风干燥的薄纸产品，其具有约750克/3英寸至约950克/3英寸的GMT、大于约28的耐用性指数，以及小于约50dB V2 rms的TS750值。
19.根据权利要求18所述的薄纸产品，其具有大于约7.5的破裂指数。
20.根据权利要求18所述的薄纸产品，其具有大于约6.5的CD TEA指数。
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